3D科学计算机给分子“拍高清电影”
屏幕上，蛋白质分子结构舒展、折叠，原子级微观动态轨迹完整清晰；巨型算力装备内部，MaPU高效运行，短短几天就能完成传统算力平台数年才能跑完的分子动力学仿真任务……近日，科技日报记者在上海见到了国内首款100%自主创新研发的3D科学计算机“天穹”。它的外观极具未来感，静静矗立在上海静安区数通链谷园区的一个算力机房内。
“天穹”是一款专为“科学智能”（AI for Science）打造的国产算力重器。在2025年12月举办的2025企业家博鳌论坛系列活动上，上海思朗科技股份有限公司（以下简称“思朗科技”）正式发布了这一高性能算力平台。依靠十年科研攻关，这家企业自研的MaPU内核搭配独创3D-Torus计算网络架构，一举打破海外专用科学计算设备长期垄断，为生物医药、新材料、集成电路等领域筑牢自主可控算力根基。
打通科学计算算力堵点
“很长一段时间，国内做高精度分子仿真只有两条路：要么租用海外专用超算设备，但技术完全封闭、使用受限；要么运用通用GPU集群拼凑算力，但实际算力利用率较低，大量资源白白浪费。”思朗科技董事长兼首席执行官查浩坦言，底层算力受制于人，是制约我国科学智能产业发展的核心堵点。
2009年，中国科学院自动化研究所王东琳团队率先瞄准这一行业痛点，立志研发完全适配科学计算场景的国产专属算力架构，并开启漫长的技术预研。彼时，专用算力设备效率高，但场景单一、灵活性极差；通用算力设备适配性广，却无法满足高精度、密集型科学仿真需求。两大技术路线始终无法兼顾效率与实用性。
底层架构创新没有捷径可走。预研5年间，王东琳科研团队从零搭建底层架构，反复开展电路仿真、逻辑推演、方案调试，历经上百轮迭代优化，终于在2015年完成初代MaPU落地验证，实现国产自主科学计算架构从理论构想走向实体落地的关键性突破。
MaPU意为“代数运算处理器”。它通过自主设计的指令集，让芯片在处理科学计算任务时，内核利用率接近ASIC（专用集成电路）水平，这意味着绝大部分算力都被实打实地用在了计算本身，而非空转浪费。
2016年，王东琳携科研成果走出科研院所，创办思朗科技，正式开启产业化征程。初创阶段，企业面临重重考验，王东琳与团队遍访全国各大高校、药企、新材料研发机构，带着技术原型实地测试、对比验证，一点点积累市场认可度。
“依托MaPU，我们通过自研专属指令集重构运算逻辑，可根据生物医药、新材料等不同场景的仿真需求，动态重构计算单元布局。”查浩介绍，在运行科学计算任务时，该架构内核利用率稳定突破90%，同等仿真任务算力性能较海外通用架构提升数个数量级。
刷新微观仿真性能边界
“我们创业的初心，不只是打造一台国产算力设备，而是构建全链条自主可控的科学智能产业体系，彻底摆脱海外技术依赖。”王东琳表示。如今，思朗科技旗下算力平台已服务全球百余个顶尖科研团队。昔日的实验室技术构想，已然成为支撑国内前沿科研创新的重要算力支柱。
在整机设计层面，“天穹”的3D-Torus计算网络架构是区别于传统超算的核心亮点。传统超算采用二维平面数据传输模式，多节点并行运算时极易出现数据拥堵、延迟过高的问题，严重制约大规模仿真效率。“‘天穹’采用3D-Torus计算网络架构，相当于为数据搭建起多层立体通行路网，大幅缩短数据传输距离、降低通信延迟，完美适配微观物质三维动态仿真场景。”查浩说。
权威对标测试结果显示，在复刻国际标杆设备经典蛋白质折叠实验中，“天穹”仿真精度与全球顶尖设备持平，仿真误差严格控制在行业顶尖标准范围内，能够将冷冻电镜捕捉的静态微观结构，模拟为完整连续的原子动态演化影像，成为窥探微观世界的“国产数字显微镜”。“这就如同给分子拍摄高清微电影。”查浩比喻道。
中国信通院数据统计，“天穹”是国内唯一具备百万原子级体系、微秒级时长分子动力学模拟日计算能力的产品，已通过中国信通院评测认证，获得CP-S5、CE-S5算力算效“双五”评级。
拓展国产算力应用赛道
凭借100%自主原创的底层技术优势，思朗科技先后获得多家头部投资机构战略资金加持，为技术迭代、设备研发和算力中心布局提供有力支撑。十余年来，企业技术成果稳步落地：2023年，国内首批实现软硬件全国产化的国家级商用科学计算中心——长江3D科学计算中心建成；2026年，西部生物医药专属科学计算中心落地成都，全国多点位、规模化的国产科学算力布局基本成型。
目前，思朗科技正深度融入上海科学智能生态建设布局，全面发挥“天穹”作为自主算力底座的关键作用。
在上海人工智能实验室，“天穹”作为支撑“AGI4S珠穆朗玛计划”的核心算力底座，成为Deeplink超智融合算力平台打通科算与智算的数据通路的一块重要拼图。同时，“天穹”的高精度分子动力学仿真能力已融入“书生·端砚”科学发现平台，为蛋白质构象稳定性与相互作用评估提供底层算力，支撑科学发现全流程的端到端验证。
在上海静安区，思朗科技联合上海仪电、数据港共建长三角AI4S算力集群，将百万原子体系的微秒级模拟从“按月计算”压缩至“按天完成”。依托该集群，三方共同发起“百万探微”全球科学家招募计划。上海仪电智算解决方案负责人王丽忱表示，“百万探微”计划免费开放“天穹”上百万原子级体系、微秒级长时程的分子动力学模拟机时申请机会，让全球科学家得以在足够大的体系、足够长的时间窗口内逼近真实的微观演化，回答纳秒尺度无法触及的科学问题。
在具体科研场景中，思朗科技联合上海创智学院开展“聚合物电解质数据库与AI模型项目”。上海创智学院全时导师朱通介绍：“我们和思朗科技的‘天穹’国产算力合作，针对130种聚合物结构体系，叠加两类典型锂盐、多浓度及多温度条件，不断通过仿真的方式，生成高质量分子动力学数据。再将这些精准的数据喂给AI，使得材料大模型在准确数据中，找到精准规律。”在与复旦大学、上海科学智能研究院合作开展的病毒膜融合动态过程研究中，针对包含93万原子的体系模拟任务，“天穹”将计算用时从传统方案所需的数月压缩至不到4天，助力团队在原子尺度上重建病毒入侵细胞的关键动态过程。
中国工程院院士、北京材料基因工程高精尖创新中心主任谢建新认为，基于“天穹”3D科学计算机的材料分子动力学模拟软件实现了核心技术自主可控，为“AI+新材料”发展筑牢了安全基石。
面向未来，思朗科技将持续深耕技术迭代与场景拓展，在持续优化现有算力设备性能、完善产业生态的基础上，积极探索前沿算力融合技术，布局下一代协同算力基础设施。查浩介绍，“天穹”应用场景将从现有生物医药、新能源材料领域，逐步延伸至合成生物、高端装备等新兴赛道，以自主可控的国产算力，持续赋能各领域原创性科研突破。